Parallel-zu-USB-Konverter „LPTzUSB“

Dieses (nicht mehr einzigartige) Gerät ermöglicht den Anschluss eines USB-Druckers an ein Parallelport. LPTzUSB (Namensänderung wegen Androhung einer Markenrechtsklage) kann direkt oder mit einem Verlängerungskabel am Druckerport des Rechners verwendet werden (hat einen 25pol. SubD-Stecker). Auf der anderen Seite wird das zugehörige USB-Kabel mit dem flachen USB-A-Stecker eingesteckt. Am Drucker sollte die quadratische USB-B-Buchse vorhanden sein.

Der eingesetzte Host-Controller unterstützt USB Full-Speed (12 Mbit/s) und Low-Speed (1,5 Mbit/s), nicht jedoch High-Speed (480 Mbit/s).

Je nach Situation kann der Einsatz eines Steckernetzteils notwendig werden! Ob die Firmware auch USB-Hubs unterstützt ist mangels Test nicht aussagbar. Es wird nicht empfohlen und erscheint auch unsinnig.

Vorteilhaft anwendbar bei Anschluss von USB-Druckern an:

• Windows95-Systeme (oder älter)
  Für den Drucker muss ein geeigneter Druckertreiber verfügbar sein, oder der Drucker muss einen altbekannten Standard kennen, wie PostScript, PCL, ESC/P oder Nur-Text

• ältere PCs und Laptops
  Es gibt bekanntlich keine ISA-Einsteckkarten für USB

• Drucker-Umschaltboxen (2 PCs an 1 Drucker o.ä.)
  Hier erscheint auch eine Kombination mit USB-zu-Parallel-Konvertern sinnvoll!

• Taschendatenbanken, Steinzeit-Computer (C64, KC85…), Messgeräte (Oszilloskope, Netzwerk-Analysatoren) mit Druckeranschluss

• Büromaschinen, Kassen, Lagersysteme

• Werkzeugmaschinen (beispielsweise Protokolldrucker)

Gegenanzeigen

• Rechner mit PCI-Steckplätzen sollten mit einer USB-Karte aufgerüstet werden, das ist billiger und zuverlässiger

• Etwas anderes als der Anschluss von USB-Druckern ist mit dem derzeitigen Firmware-Stand nicht möglich! Ein Betrieb von USB-Speichermedien erscheint jedoch sehr attraktiv und ist im weiteren Verlauf geplant.

• USB-Dongles (Softwareschutzstecker) können niemals unterstützt werden!

• Beim Betrieb von USB-Druckern an Nicht-Windows-Systemen muss der Drucker eine bekannte Druckersprache (Nur-Text, PCL, ESC/P, PostScript) kennen! „GDI-Drucker“ können auch via LPTzUSB nur unter Windows verwendet werden.

• Wenn es darum geht, dass DOS-Software unter Windows auf einem PC mit USB-Anschlüssen funktionieren soll (also via USB drucken soll), ist eine reine Software-Lösung vorzuziehen: USB-Drucker im Netzwerk freigeben und mit „net use lpt1 \\rechnername\freigabename“ aufs Parallelport legen.

Nachfolgemodell

Wegen des sehr geringen Datendurchsatzes (ca. 30 kByte/s) des unten aufgeführten Modells ist eine Nachfolgeversion mit PIC32MX420, AT32UC3B0128 oder LM3S5632 in Vorbereitung. Diese Lösungen sind obendrein billiger.

Verwendung als Entwicklungssystem

Weil dieser Konverter den beim Bastler sehr gebräuchlichen Mikrocontroller-Chip ATmega16 sowie einen „bidirektionalen“ USB-Host/Device-Controller enthält, lässt sich damit alles mögliche programmieren.

Vielleicht braucht ja jemand auch einen Konverter von GPIB (IEEE488) auf USB. Also dass sich der USB-Drucker als ein GPIB-Drucker ausgibt.
Kein USB-GPIB-Konverter der herkömmlichen Art. Diese sind USB-Devices und können nicht direkt einen Drucker ansteuern, sondern brauchen dazu einen PC und ein geeignetes Capture-Programm. Solche USB-GPIB-Konverter bilden GPIB als TMC ab.

Aufbau

Dieser Aufbau geht von einer professionell hergestellten Leiterplatte aus und erfordert feinfühligen Umgang mit dem Lötkolben. Die Produktionsdaten liegen im Eagle-Format vor. Zur Minimierung des (automatisierten) Bestückungsaufwandes wird einseitig bestückt.

Die Schaltung ist so ausgelegt, dass man nur einen SubD-Programmieradapter braucht, um die Firmware einzuspielen. Es wird kein gesonderter ISP- oder gar JTAG-Anschluss benötigt.

Der Programmieradapter ist nicht kompatibel mit dem für USB2LPT Low-Speed, erfüllt aber den gleichen Zweck.

Stückliste

Bestückung

Zunächst werden die SMD-Bauelemente und der Quarz bestückt. Der USB-Host/Device-Controller mit seinem 0,5-mm-Beinabstand erfordert besonders große Sorgfalt.

Wie schon vom USB2LPT bekannt besteht das Problem, dass es keine USB-Buchsen für Leiterplatten-Kantenbestückung zu kaufen gibt. Deshalb erfolgt die Bestückung gewöhnlicher Durchsteck-Typen in einem Leiterplatten-Ausschnitt.

Nachtrag: Vor dem Verlöten der USB-Buchse müssen die seitlichen Kontaktfedern ganz ausgebogen werden! Ansonsten geht der Stecker zu schwer hinein bzw. verformt sich. Alternativ: Bestückung der USB-Buchse mit einem gesteckten Stecker.

Der SubD-Stecker wird in der gewohnten Kantenbestückung angesetzt.

Das Loch für die LEDs sowie Beschriftungs-Etiketten nicht vergessen!

Programmierung

Die Programmierung des ATmega16 erfolgt mit einem speziellen Parallelport-Adapter direkt an der parallelen Schnittstelle, bspw. mit PonyProg. Der RESET-Anschluss erfolgt über die interne Lötbrücke SJ2. Diese ist vor dem Programmieren zu schließen und kann auch im Betriebsfall geschlossen bleiben. Alle JTAG-Signale sind ebenfalls am SubD-Stecker herausgeführt, habe ich aber noch nie benutzt.

Die Konfigurationsbits sind wie im folgenden Bild zu setzen:

Software

• Schaltplan, Eagle-Daten der Leiterplatte, Programmieradapter für PonyProg

• Neu: Rev.1 mit eingebautem Längsregler für den Betrieb an ungeregelten (billigeren) Netzteilen:
  Schaltplan, Eagle-Daten der Leiterplatte, Programmieradapter unverändert

• Firmware für Mikrocontroller

• Treiber (für den Host-PC oder so) werden nicht benötigt! (Zum Glück!)

Inbetriebnahme

Original

Es wird fast immer ein Steckernetzteil mit geregelter Ausgangsspannung 5 V benötigt! Anschluss via Hohlstecker, Außendurchmesser 5,5 mm, Innendurchmesser 2,1 mm. Pluspol innen. Beispielsweise Reichelt SNT1000 für 11,80 € oder SNT3129 für 8,65 € („4,5 V“ benutzen). Die Schaltung ist verpolungsgeschützt, jedoch nicht vor Überspannung!

Revision 1 (ab 2007)

Es wird (irgend)ein Steckernetzteil mit mindestens 8 V (ungeregelter) Gleichspannung benötigt! Hohlstecker-Anschluss dito.

Wer mit einer geregelten 5-V-Quelle speisen will (bspw. via Tastaturbuchse vom PC-Netzteil), muss mit der internen Lötbrücke SJ1 den Längsregler totlegen. Dazu Flächen 2-3 verbinden.

Alle Arten

Ohne sichtbare Extra-Kabel erfolgt die Speisung von 5 V über Pin25 des SubD-Steckers. Dazu muss im Rechner die Masseverbindung zum Pin25 getrennt – und über eine selbstrückstellende Sicherung (bspw. PFRA 050) an 5 V gelegt werden. Im Hobby-Bereich war diese Modifikation recht verbreitet.

Der Zweck der selbstrückstellenden Sicherung ist, dass man ein normales Parallelport-Gerät anschließen kann, welches die Pins 18-25 kurzschließt, ohne das Netzteil abzuschießen.
Allerdings ist diese Maßnahme ziemlich sinnfrei für Batteriebetrieb; der dann permanent heiße Sicherungskörper würde den Energiespeicher leersaugen.

Für den Betrieb von LPTzUSB wird wärmstens ein RS232-TTL-Konverter empfohlen, mit dem über die serielle Schnittstelle und bspw. HyperTerminal bei 38400 Baud Statusinformationen angezeigt werden:

Übrigens, die Farben werden vom ATmega-Programm generiert! Kein Windows-Programm wurde hier geschrieben.

Die Bytes der angezeigten Deskriptoren haben folgende Bedeutung:

1. USB-Adresse (weil ohne HUB-Unterstützung immer 01)
2. USB-Geräteklasse (Drucker: 07)
3. USB-Geräteunterklasse
4. USB-Protokollnummer
5. Nummer der Konfiguration (fast immmer 01)
6. Nummer des Interfaces (häufig 00)
7. Nummer der alternativen Einstellung (häufig 00)
8. Anzahl der Endpoints (außer EP0)
9. EP0: Bits:
   • 7: Richtungsbit (1=IN) [Nicht für EP0]
   • 6: Togglebit
   • 5-4: Transfertyp, 00=Control, 01=ISO, 10=Bulk, 11=Interrupt
   • 3-0: Endpoint-Nummer
10. EP0: FIFO-Größe
11. EPx: Bits für nächsten Endpoint usw.
12. EPx: FIFO-Größe für nächsten Endpoint usw.

Lieferumfang

Das Fertiggerät gibt's je nach Bedarf ohne Netzteil, mit normalem Steckernetzteil oder Schaltnetzteil. Hier abgebildet ist's mit Reichelt-Schaltnetzteil.

Häufig gestellte Fragen

Wieso gibt es so etwas nicht im normalen Geschäft zu kaufen?

Es besteht kaum Bedarf:-)

Ansonsten besteht die Möglichkeit, Druckausgaben in einer Datei aufzufangen und mit dieser Datei an einem USB-fähigen Rechner das Drucken zu vollenden.

Es gibt Ethernet-zu-USB-Konverter günstig zu kaufen (in Routern und DSL-Routern eingebaut), die, falls Ethernet vorhanden, ein solches Gerät überflüssig machen.

Ein solches Gerät zu bauen ist erst seit 1-2 Jahren, mit dem Erscheinen von USB-Hostcontrollern und USB-OTG-Geräten möglich.

Ein vergleichbares, deutlich komfortableres Gerät gibt es bei ipcas GmbH, jenes unterstützt auch Ethernet sowie Speichern (also papierlos) auf USB-Stick, für rund 400 € (2010).

Könnte es nicht „USB-zu-Parallel-Konverter“ heißen?

Aus Drucker-Sicht: Ja. USB ist jedoch komplett „host-zentriert“. Ich habe diese Ansichtsweise übernommen, und betrachte alles aus Sicht des Rechners. Und da macht der Konverter aus einem Parallelport einen USB-Anschluss: LPTzUSB.

Was, wenn ein Seriell-zu-USB-Konverter benötigt wird?

Einige Computersysteme verlangen einen „seriellen“ Drucker, gemeint ist für einen COM-Port.
Hier bietet es sich an, die Firmware des LPTzUSB anzupassen und das „Debug-Terminal“ als seriellen Anschluss zu verwenden. Bei Bedarf bitte melden! Email siehe unten!
Als Handshake muss Xon/Xoff einstellbar sein, Hardware-Protokoll kann nicht (so einfach) via Debug-Terminal realisiert werden. Die heutigen Drucker sollten jedoch so riesige Eingangspuffer haben, dass man auch ganz gut ohne Handshake drucken kann. Denn wer seriell druckt, druckt sicher nur Text, kaum Vollgrafik!

Gibt es auch eine High-Speed-Version?

Nein. Es erscheint unnütz, weil die Daten am Parallelport nicht sonderlich schnell erscheinen und vom Mikrocontroller „durchgeschaufelt“ werden müssen. Außerdem ist mir kein brauchbarer High-Speed USB-Hostcontroller (mit Mikrocontroller-Interface) bekannt. Der Philips/NXP ISP1760 (als einzige Alternative) ist wohl 'ne Nummer zu groß und braucht einen 16-bit-Datenbus.

Für Low-Speed gibt es doch auch noch billigere Lösungen ohne speziellen Host-Controller! Wozu dann der Aufwand?

Es gibt keine Low-Speed-Drucker. Allenfalls Mäuse und Tastaturen. Für Full-Speed-Simulation sind alle bekannten Mikrocontroller zu langsam.

Wie sieht es mit der USB-ID (damals US$1500 – jetzt US$2500) aus?

Sie ist für Host-Controller nicht nötig.

Ein USB-Gerät, das Strom braucht – ist da nicht etwas verkehrt?

Achtung: Dies ist ein USB-Host, der Strom an andere Geräte liefern können muss!
Eine Versorgung in umgekehrte Richtung ist beim host-zentrierten USB nie vorgesehen.

Brauche ich ein Steckernetzteil?

Das kommt auf die Ergiebigkeit Ihres Parallelports an, von dem sich LPTzUSB zu versorgen versucht. In der Regel ja.

Noch nicht implementiert: Bei zu geringer Spannung blinkt die rote LED, und Sie sollten ein Netzteil (5 V Gleichspannung, geregelt!, ca. 50 mA) anstecken.

Falls Sie ein bus-powered Gerät anschließen (bspw. einen USB-Stick), müssen Sie ein Netzteil verwenden, welches den Strombedarf des angeschlossenen Gerätes deckt. Für die meisten Geräte genügt 100 mA, USB-spezifiziert sind bis zu 500 mA.

Sie können die aktuelle Betriebsspannung im HyperTerminal-Fenster sehen.

Wichtig! Ungeregelte oder zu hoch eingestellte Netzteile zerstören die Schaltung!
Problem ist in aktueller Revision 1 korrigiert.

Sie können das lästige Steckernetzteil vermeiden mit einer der folgenden Maßnahmen:

• Belegung Pin25 der SubD-Buchse des Rechners mit 5V
  (am sichersten über eine selbstrückstellende Sicherung) – kein extra Kabel zum LPTzUSB zu sehen!
• Anzapfung der Tastaturbuchse (oder PS/2-Mausbuchse) des Rechners und Einkopplung via Hohlstecker
  (Bei Revision 1 muss im Innern eine Lötbrücke zur Umgehung des 5-V-Längsreglers gesetzt werden.)
• Anzapfung der 12 V des PC-Netzteils,
  bspw. mit dem Anschlussteil eines alten (auch festgefressenen) CPU-Lüfters, einfach Lüfter abschneiden und Hohlstecker anlöten, zum Rechner herausführen, anstecken, fertig (nur Revision 1!)
• Versorgung von anderweitig vorhandenem Netzteil
  (Aktivboxen, Modem, Scanner, Notebook; Drucker erscheint am logischsten, sofern möglich)

Darf ich nachbauen, kopieren und vermarkten?

Nurzu! Nur Seriennummern würde ich gern selbst festlegen.

Gibt's schon!

• Angeblich bietet die Firma C-Logic in Indien ein solches Gerät an, wie auf dieser Cypress-Seite zu sehen war. Für den Kauf müssten Sie wohl an C-Logic schreiben.

• Seit August 2006 bietet eine israelische Firma ein vergleichbares Gerät „LPT2USB“ an.
  Achtung: Jene Webseite ist nicht mit Internet Explorer verwendbar.

• Auch Israel (gleiche Firma?): http://smartprinter.co.il/lpt2usb.htm

• AK-Nord, ein (deutscher) Webshop

• ipcas GmbH, auch mit Ethernet und USB-Stick (zum papierlosen Protokoll-Speichern).

• Jacobi C.E.O.S. bietet für 79€ (2010, inkl. MWSt.) den m. W. zurzeit preisgünstigsten LPT2USB an.

Modernere Lösungsansätze

Auch alle diese Ansätze benötigen Strom, wobei die erstere noch einigermaßen klein ausfällt.

Entwicklungsboard mit USB-Hostcontroller

Heutzutage würde ich das Problem mit einem Raspberry Pi erschlagen. Alles was man noch braucht ist ein Adapter von seinem GPIO zu einem 25-poligen SubD-Stecker — oder was auch immer der Steinzeitcomputer für eine Schnittstelle hat. Um nichts kaputt zu machen mit Pegelkonvertern (74LVC04) und mit einer Fangschaltung (Latch) für die 8-Bit-Paralleldaten bei Strobe (74LVC574). Ungefähr so wie in jenem Schaltplan. Serienwiderstände im unteren kΩ-Bereich dürften genügen, um die GPIO-Anschlüsse zu schützen. Will man Pins sparen, nimmt man ein Parallel-Seriell-Schieberegister (74LVC299), welches sich mit SPI rasend schnell auslesen lässt.

Auf dem Raspberry muss dann nur noch eine Software laufen, die die Parallelport-Daten entgegennimmt, filtert und auf den USB-Drucker ausgibt. Dafür bietet sich die „native“ Programmiersprache Python an.

Auch jedes andere Entwicklungssystem mit USB-Host und genügend GPIOs eignet sich dafür. Allerdings ist das Angebot derweil unüberschaubar geworden, sodass Raspberry Pi oder Banana Pi als verbreitetste Einplatinencomputer am besten geeignet erscheinen.

LptCap und PC

Steht ein PC zur Verfügung, kann man die Paralleldaten auch über USB einspeisen, über diese einfache Schaltung, die ohne Pegelkonverter auskommt. Filtern und Ausgeben macht dann der PC. Dafür sind auf der o.a. Webseite bereits Lösungen für Windows angegeben.

Die Fangschaltung, die für den FT245R bei manchen Parallelports erforderlich ist, erspart man sich bei Verwendung eines dedizierten Mikrocontrollers, etwa einem ATmega32U4 auf Breakout-Board (alternativ Arduino Leonardo/Micro) oder einem PIC16F1459 auf einem Steckbrett (dieser braucht keinen Quarz!).